Киборги среди нас

Даже в эпоху технологических прорывов и инновационного развития слово «киборг» для большинства людей звучит как термин из фантастических романов Айзека Азимова, Филиппа Дика или же ассоциируется с фильмом «Терминатор». Но на самом деле, под это определение подпадают люди, имеющие искусственные органы. Об «умных» протезах, которые позволяют инвалидам не испытывать ограничений в повседневной жизни, миланское здание «Эпока» писало еще в конце 70-х. В статье «Запасные части» для человека» итальянские журналисты рассказывали о тогда еще молодой науке - биоинженерии, ее развитии и перспективах. С переводом этой статьи читатели «За рубежом» познакомились в выпуске №47 (1012) от 16-22 ноября 1979 года.

Люди всегда искали способ заменить утраченные органы, и если с зубами решение нашлось относительно быстро – в 19 веке люди начали активно использовать золото, чтобы восстановить потерянные зубы, то с отсутствующими конечностями все оказалось не так просто. Любой искусственный материал человеческий организм упорно отвергал.



Крупный шаг вперед был совершен в 1900 году, когда удалось получить некоторые сплавы хрома с кобальтом, которые, как показала практика, не вызывали реакции отторжения. Наряду с некоторыми марками нержавеющей стали они по сей день используются для изготовления протезов. В самые же последние годы к ним прибавились синтетические материалы типа дакрона, тефлона и силастика. Открытие материалов, совместимых с органическими тканями человеческого тела, бесспорно, представляло собой большой успех.

Но огромным прыжком в кибернетическое будущее стало появление биоинженерии — науки, в которой усилия по созданию протезов объединили хирурги, физиологи, иммунологи, инженеры и конструкторы. Вместе они начали  работать над созданием искусственных органов.

Один из самых поразительных протезов, созданных в последнее время, - так называемая «биоэлектрическая рука». Принцип действия одновременно и прост, и сложен. Команды, как известно, исходят из головного мозга в форме еле уловимых электрических импульсов, распространяющихся в мышечной ткани и вызывающих сокращение и расслабление, то есть движение мышц. У инвалида эти сигналы останавливаются у границы отсеченного мышечного волокна. И все же их можно уловить, достаточно приложить к культе пластинку с высокочувствительными электродами, способными воспринимать и передавать эти импульсы в маленький, но мощный усилитель. Из него ток попадает на клеммы миниатюрных электромоторчиков, которые и приводят в движение отдельные части протеза.

Но самой заветной и столь же недосягаемой мечтой ученых мира было создание искусственных внутренних органов. Первую попытку пересадить донорское сердце тогда предпринял южноафриканский хирург Кристиан Барнард. Но на этом способе замены органов научное сообщество быстро поставило крест — уж слишком велик был риск отторжения. Поэтому исследователи делали ставку на механические сердца. Научное сообщество считало, что будущее именно за ними.

В одной из клиник Кливленда (США) в настоящее время проходит экспериментальную проверку пересаженные телятам искусственные сердца, выполненные снаружи - из синтетического материала, а внутри — из биологических тканей. Такая комбинация, как полагают, позволит врачам обойтись без противотромбозных препаратов.

Завершалась статья, впрочем, не слишком оптимистично — люди конца 70-х считали, что замена органов — дело очень далекого будущего.

Разумеется, на пути замены поврежденных частей человеческого организма искусственными аналогами имеются препятствия, которые вряд ли сможет преодолеть даже самая развитая техника. Но наука ищет пути и к этим недосягаемым пока вершинам.

Спустя несколько десятков лет ученые всего мира смогли доказать, что вершины эти оказались не такими уж заоблачными.

Уже давно налажено массовое производство протезов рук и ног, и компании соревнуются только в том, чтобы усовершенствовать их. Например, британская Touch Bionics смогла больше всего приблизить к функциям человеческой руки свой протез I-Limb. Основан он именно на той технологии конца 70-х - нервные импульсы улавливаются специальной металлической пластиной, соприкасающейся с кожей. Но проблема подобных протезов была в том, что у них очень плохо контролировалась сила сжатия, и человек мог ненароком раздавить, например, стакан или чашку. Touch Bionics сумели отрегулировать этот параметр, и бионические руки теперь могут аккуратно выполнять тонкие действия: брать мелкие вещи, вроде кредитки или ключей, и пожимать руку другому человеку без риска сломать ему пальцы.

А международная команда инженеров и врачей под руководством Макса Ортиза-Каталана из Центра изучения бионики и боли при Мёльндальском госпитале в Швеции пошла еще дальше. Специалисты смогли «подключить» бионический протез руки прямо к телу пациента посредством имплантов. Два титановых имплантата в виде стержней одним концом интегрируются в остатки лучевой и локтевой костей, а ко второму концу крепится искусственная рука. Такая конечность в итоге лучше «слушается» человека, более точно выполняет команды, а использовать ее гораздо комфортнее.
 
А вот искусственные сердца, вопреки ожиданиям ученых, так и не стали повсеместным явлением. При этом трансплантация донорских органов все же получила распространение и стала даже в чем-то рутинной операцией. Конечно, до сих пор есть ограничения и риски отторжения органов, но время показало, что крест на этом способе поставили рано. При этом искусственные сердца тоже существуют. Некоторые виды аппаратов поддерживают ослабленное сердце, помогая ему лучше качать кровь.

Но все же пока искусственное сердце не может заменить собой настоящее. Время его службы ограничено 180 днями, к тому же человек вынужден носить с собой 4-килограммовый ящик с жидкостью для его правильной работы, а аккумуляторных батарей хватает только на 4 часа автономной работы. Так что подобные аппараты устанавливаются на то время, пока пациент ждет пересадки донорского органа.

Зато в замене других органов искусственными наука продвинулась довольно далеко — сейчас на 3D принтере можно напечатать ухо или челюсть, а несколько лет назад компания Second Sight представила бионический глаз Argus-II. Протез представляет из себя очки с камерой на переносице, которая получает питание от аккумулятора, закрепленного на поясе.

Камера снимает окружающие предметы, изображение попадает в микропроцессор, который сжимает картинку до размера 60 на 60 пикселей. Потоковое видео низкого разрешения идёт на имплантированные в сетчатку электроды. Пациенты видят разную картинку — в большинстве своем, размытые образы, но кто-то даже сумел распознать полосы пешеходного перехода, интерьер дома и лица родных. Протез не позволяет увидеть мир во всех его красках — поступающее изображение вообще черно-белое — но по крайней мере, он дает возможность ориентироваться в пространстве. Например, житель Нидерландов Йерун Перк настолько хорошо адаптировался к импланту, что даже катался на лыжах и стрелял из лука, попадая в мишень.
 
А на днях мир потрясла новость о том, что стартап BrainBridge планирует трансплантировать голову в совместимое донорское тело. Операцию будут производить роботы на базе ИИ - искусственные руки удалят голову и прикрепят ее к новому туловищу, соединив спинной мозг, нервы и кровеносные сосуды. А разорванные нейроны «склеят» специальным химическим клеем. Пока разработка проекта находится на стадии концепции. Для создания системы не хватает технологии полного восстановления повреждения нервов и спинного мозга.

Но учитывая, какими семимильными шагами идет наука, этот проект уже не выглядит фантастикой.

---

Мария Седнева
Иллюстрация: использованы изображения из архива редакции и freepik